多尺寸多功能岩土工程试验模型箱的制作方法

本实用新型属于岩土工程静载荷室内试验设备领域，具体涉及一种多尺寸多功能岩土工程试验模型箱。

背景技术：

岩土工程土体模型试验是岩土工程科学研究的三大技术手段之一，也是发展最为缓慢的一种方法。究其原因，它的指导理论不够成熟，试验本身也费时费力费钱，所得结果也大多由于测试技术的局限、模型制作的概化而往往难以比较精准。特别是确定模型的相似参数，受限于模型箱的尺寸规模，大多无法采用不同尺寸的多个独立箱体来开展试验，其研究也大多不敢追求完美。即便如此，仍然常见一些较为失败的试验结果作为研究成果发表。相比精细的数值计算结果，这些成果依然可贵，可信度也是数值计算不可比拟的。

从已经发表文献中的岩土工程模型试验箱体装备的情况看，中小型尺寸的箱体(最大尺寸不大于1.5m)基本都是以长方体12根棱边焊接后内嵌有机玻璃板(或木板)所形成，加载过程中往往出现框条和围护板的较大变形。实验结果的质量可想而知。同时，相似模型试验有时还需要不止一套尺寸的箱体来完成试验，因此需要制作更多的箱体，这也导致研究人员不愿涉足繁琐的试验准备而选择绕开。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种多尺寸多功能岩土工程试验模型箱，以解决现有试验设备所存在的不足。

为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种多尺寸多功能岩土工程试验模型箱，包括底板、角柱及侧板，还包括边柱与反力梁；四个角柱垂直设置在底板上，任意两相邻角柱之间竖直设有若干根与角柱齐平的边柱，角柱、边柱与底板共同构成上端开口的矩形框架结构，角柱与边柱的底端均固设有端板，底板上以矩阵形式布设有若干组连接孔，角柱、边柱均通过底部的端板与底板可拆卸连接；侧板可拆卸连接在角柱及边柱上并与底板构成矩形箱体结构，矩形箱体结构中各两两正对的边柱间均设有反力梁，各反力梁的安装高度均位于侧板上端面上方。

进一步，反力梁为工字钢，两端固设有端板，其通过两端的端板可拆卸连接在两正对的边柱上。

进一步，侧板为长条结构的钢板，其侧边处设有与其他侧板对应拼接的咬合口。

进一步，侧板为整体式玻璃板，矩形框架结构上设有一个或两个整体式玻璃板。

进一步，边柱为T型钢。

进一步，角柱为角钢。

进一步，底板底部可拆卸连接有钢梁。

进一步，底板上预留有排水通道。

进一步，底板上预留有试验探测元件的进出线路通道。

本实用新型的有益效果在于：

(1)该模型箱可以在有限构件重复使用的要求方面构造出常用的、同时其尺寸规模又具有较明显差异的箱体尺寸。

(2)箱体除底板为较厚较重(一般不需要移动)的钢板外，其他构件如角柱、边柱、侧板、反力梁等基本都是一个工作人员即可轻松搬移、拼接的，因此基本不需要吊车等机具的辅助。

(3)侧板采用钢板，加载时，其抗弯弹性模量是有机玻璃板的70倍左右，同时，尺寸较大的侧板一边还设置了若干根边柱，相当于将侧板跨度变为多跨，因此极大地增加了侧板的抗弯刚度，有效控制了箱体的变形量。

(4)在矩形箱体结构的一个或两个侧面布置整体式玻璃窗，可对实验土体边界面处的形态、特征或变化过程进行观察或录像，且玻璃窗满足土体加载时的刚度要求，安装也方便。

(5)底板上预留有排水通道以及试验探测元件的进出线路通道，避免了影响土体力学参数的筋体的形成。

(6)在角柱—边柱—侧板结构体系固定不变的条件下，设计了反力梁共同分担反力的模式，且反力梁的高度可以根据试验土体模型的高度进行调节，较好地考虑了加载设备的行程限制，也保证了加载过程对箱体的强度和刚度的稳定要求。

总的来说，本实用新型基于较少的材料和构件，可以组装出多个模型箱尺寸，可以多次反复使用，不用之后可拆卸成单件，堆放占地小，满足了多尺寸及多次使用的要求，维护和管理也极为方便，具有较好的投入经济性。

附图说明

为了使本实用新型的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本实用新型提供如下附图进行说明：

图1为本实用新型的结构示意图(箱体空间较小)；

图2为本实用新型的结构示意图(箱体空间较大)。

具体实施方式

下面将结合附图，对本实用新型的优选实施例进行详细的描述。

一种多尺寸多功能岩土工程试验模型箱，包括底板1、角柱2及侧板3，还包括边柱4与反力梁5；四个角柱2垂直设置在底板1上，任意两相邻角柱2之间竖直设有若干根与角柱2齐平的边柱4，角柱2、边柱4与底板1共同构成上端开口的矩形框架结构，角柱2与边柱4的底端均固设有端板，底板1上以矩阵形式布设有若干组连接孔11，角柱2、边柱4均通过底部的端板与底板1可拆卸连接；侧板3可拆卸连接在角柱2及边柱4上并与底板1构成矩形箱体结构，矩形箱体结构中各两两正对的边柱4间均设有反力梁5，各反力梁5的安装高度均位于侧板3上端面上方。

具体的，该试验模型箱为组合式结构，底板1上设有多组连接孔11，且角柱2、边柱4、侧板3以及底板1之间均通过螺栓可拆卸连接，这不仅便于搬运，还使得该模型箱可根据实际使用需求随时改变箱体规格，即通过选取底板上的螺孔位置，构造出不同尺寸的箱体空间。设置在相对边柱4间的反力梁5可分担反力，形成向箱内土体加载时千斤顶的反力平衡结构，从而在试验达到极限荷载阶段保证箱体的强度、刚度等稳定性要求。

此处需要说明的是，边柱4可根据实际需求确定具体的使用数量，在相邻角柱2间距较小(箱体空间较小)时，可不设置边柱4，在相邻角柱2间距较大(箱体空间较大)时，可设置一组或多组边柱4。

本实施例中，反力梁5为工字钢，两端固设有端板，其通过两端的端板可拆卸连接在两正对的边柱4上。各组正对设置的边柱4间均连有工字钢，使整个矩形箱体结构中分别有横向反力梁以及纵向反力梁，保证了箱体在两个方向上的强度与刚度。

本实施例中，边柱4为T型钢，角柱2为角钢，侧板3为长条结构的钢板，其侧边处设有与其他侧板对应拼接的咬合口。此处钢材质的侧板3可增大其抗弯弹性模量，同时配合边柱，减小板跨，可有效控制箱体的变形量。而拼接式的结构一方面减小了单个侧板的重量，可使试验人员能轻松完成箱体组装，从而不依赖大型行吊等设备；另一方面，使侧板高度可以随着土体、测试元件、工程结构物的设置进度自由决定，可以随着填土高度而分步装入各单个侧板，避免整体性侧板带来的装填不便，从根本上解决了试验人员操作困难的问题，制作质量也更易保证。此处侧板与侧板间还采用了销槽方式连接，进一步保证了其连接的可靠性与加载试验时侧板的整体性。

作为上述方案的进一步改进，侧板3也可采用为整体式玻璃板，即在矩形框架结构上设置一个或两个整体式玻璃板作为玻璃窗，玻璃窗与角柱2螺栓连接，剩余箱体结构侧面的侧板则仍为钢板，在玻璃窗满足土体加载时刚度要求的情况下，玻璃窗能够透视实验对象土体边界面处的形态、特征或变化过程。

本实施例中，底板1底部可拆卸连接有钢梁6，提高了底板1的强度与刚度。

本实施例中，底板1上预留有排水通道以及试验探测元件的进出线路通道，既便于检测设施的安装，又避免了影响土体力学参数的筋体的形成。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本实用新型进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本实用新型权利要求书所限定的范围。